Bài tập dài cao áp 2

Bài tập dài cao áp là tài liệu hướng dẫn thiết kế tính toán chống sét đánh một phạm vi vùng bảo vệ được cho trước và tính toán nối đất

Bài tập dài cao áp Bài tập dài cao áp I Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp Bố trí cột thu sét Theo sơ đồ kết cấu trạm biết diện tích mặt mà cha biết cụ thể vị trí đặt thiết bị trạm Với thông tin ta cần bố trÝ cét chèng sÐt cho c¸c cét cã thĨ bảo vệ đợc phần diện tích mặt trạm với độ cao hX đợc Với kết cấu trạm ta bố trí cột N1 N12 có khoÃng cách cột nh hình 1: Đờng kính vòng tròn qua đỉnh nhóm cột 1256 vµ 2345 lµ: D  45  80 92m Do để chọn toàn diện giới hạn nhóm tứ giác đợc bảo vệ D 8.ha Vậy độ cao hiệu dơng cđa nhãm cét nµy lµ:  92 11,5m Đờng kính vòng tròn qua đỉnh nhóm cột 5678, 4589, 781112, 891011 là: D 45 50 67 m Độ cao tác dụng tối thiểu nhóm cột bảo vƯ hoµn toµn diƯn tÝch bëi chóng lµ:  67 8,4m Nh tất cét thu sÐt cã thĨ lÊy chung mét ®é cao tác dụng lớn : = 11,5 m Từ độ cao tác dụng h a ta có độ cao cột thu sét để bảo vệ đợc trạm có ®é cao hX  Tr¹m 110kV cã hX = 10 m : h = hX + = 10 + 11,5 = 21,5 m  Tr¹m 220kV cã hX = 16 m : h= hX + = 16 + 11,5 =27,5 m 101m 64m Phan Ngäc ViƯt- HT§ I K42 K42 Bài tập dài cao áp Để tính toán đơn giản ta chọn toàn 12 cột có độ cao nhau.Muốn ta phải giảm khoÃng cách cột trạm 220kV với mục đích làm giảm chiều cao cột thu sét trạm 220kV mà thỏa mÃn điều kiện sau: D 8( h K42 hX) Ta bố trí lại cột thu sét với khoÃng cách nh hình 2: Với cách bố trí ta chọn độ cao 12 cột là: h = 25 m Kiểm tra lại điều kiện bảo vệ vùng tứ giác Trạm 110kV: Đờng kính vòng tròn qua đỉnh nhóm tứ giác 1256, 2345 là: D 90  45 101m Ta cã: D =101 m  8(h – K42 hX) = 8(25 – K42 10 ) =120 m VËy cét cao 25 m Tr¹m 110kV Trạm 220kV Hình thỏa mÃn điều kiện Trạm 220kV: Đờng kính vòng tròn qua đỉnh nhóm tứ giác 5678, 4589, 781112, 891011 là: D  45  45 64m Ta cã: D = 64 m  8(h – K42hX) = 8( 25 – K4216 ) = 72 m VËy cét cao 25 m thỏa mÃn điều kiện trạm 220kV Vậy: Ta chän cét thu sÐt cao h = 25 m Tính toán vẽ phạm vi bảo vệ cột thu sét a) Trạm cấp điện áp 110kV Bán kính khu vực bảo vệ cột thu sét bảo vệ cho độ trạm cao hX = 10m là: Vì hX 2/3h nên : rx 1,5.h.(1  hx 10 ) 1,5.25.(1  ) 18,8m 0,8.h 0,8.25 Độ cao lớn khu vực bảo vệ hai cột thu lôi độ cao h X =10 m là: gồm nhóm hai cột : 16, 34 ho h  a 90 25  12,2m 7 Nh bán kính khu vực bảo vƯ gi÷a cét thu sÐt 16, 34 ë hX = 10 m : Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42 Bài tập dài cao áp Vì hX  2/3 h0 nªn: rox 0,75.ho (1  hx 10 ) 0,75.12,2(1  ) 1,65m ho 12,2  §é cao lớn khu vực bảo vệ nhóm cét thu sÐt 12, 13, 49, 67 lµ: ho h  a 45 25  18,6m 7 Nh vËy bán kính khu vực bảo vệ cột thu sét cặp cột 12, 13, 49, 67 hX = 10 m : V× hX  2/3 h0 nªn: r0 x 1,5.ho (1  hx 10 ) 1,5.18,6.(1 ) 9,15m 0,8.h0 0,8.18,6 b) Trạm cấp điện áp 220kV là: Bán kính khu vực bảo vệ cột thu sét bảo vệ cho độ cao h X = 16 m Vì hX 2/3h nên : rx 1,5.h.(1  hx 16 ) 1,5.25.(1  ) 7,5m 0,8.h 0,8.25  §é cao lín nhÊt cđa khu vùc bảo vệ hai cột thu lôi độ cao h X =16 m là: gồm nhóm hai cột : 49, 67, 78, 910, 1011, 1112 ho h  a 45 25  18,6m 7 Nh vËy b¸n kính khu vực bảo vệ cột thu sÐt 49, 67, 78, 910, 1011, 1112 ë hX = 16 m : Vì hX 2/3 h0 nên: rox 0,75.ho (1  hx 16 ) 0,75.18,6(1  ) 1,95m ho 18,6 Từ số liệu tính toán phạm vi bảo vệ cột thu sét ta có vẽ phạm vi bảo vệ sau: hình Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42 R25,31 R25,31 Bài tập dài cao áp R14,60 R14,60 R14,60 R25,31 R25,31 R14,60 Hình 3: Phạm vi bảo vệ cét thu sÐt Phan Ngäc ViƯt- HT§ I – K42 K42 Bài tập dài cao áp II Tính toán nối đất Nhiệm vụ nối đất tản dòng điện sét xuống đất để đảm bảo cho vật nối đất có giá tri bé Trong việc bảo vệ điện áp, nối đất trạm, cột thu sét, đờng dây thiết bị chống sét quan trọng Vì trạm trạm biến áp có cấp điện áp từ 110kV 220kV nên nói ®Êt an toµn vµ nèi ®Êt chèng sÐt chung nối đất an toàn Nối đất an toàn với mục đích bảo vệ ngời Nối đất an toàn với trạm có điện áp từ 110kV trở lên phải thoả mÃn điều kiện sau: RHT RTN // RNT  0,5  RNT   Trong ®ã : Rc RTn  n Rc   Rcs RTN : ®iƯn trở nối đất tự nhiên Ta lợi dụng hệ thèng d©y chèng sÐt cét Víi:  n: Sè tun đờng dây trạm, lấy n = Rcs: Điện trở dây chống sét khoÃng vợt Rcs = R0.l = 2,38.l  Rc: §iƯn trë nèi ®Êt cđa cét V×  = 12.104 .cm > 104 .cm nªn lÊy Rc = 15   l: ChiỊu dài khoÃng vợt Đờng dây 110kV có l = 200m Đờng dây 220kV có l = 300m Với giá trị ta có điện trở nối đất tự nhiên cấp điện áp Đờng dây 110kV : RTn    15 15 2,38.0,2 1,22 Đờng dây 220kV : RTn    15 15  2,38.0,3 1,47 VËy ®iƯn trë nối đất tự nhiên hệ thống có cấp điện áp 110kV 220kV là: RTN(110) // RNT(220) = 1,22 // 1,47 = 0,67   Víi RNT: §iƯn trở nói đất nhân tạo R NT RTN 0,5  RNT = 1,97  RTN  R NT V× ®iỊu kiƯn RNT   nªn lÊy RNT = Ta thiết kế hệ thông nối đất thoe điện trở nối đất nhân tạo Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 K42 Bài tập dài cao áp a Tính toàn nối đất mạch vòng quanh trạm RMV  RT   tt k L2 ln 2..L h.d Trong ®ã:  RT: ®iƯn trë cđa nèi ®Êt  tt : ®iƯn trë st tÝnh to¸n at  tt   k mt 1,2.10 1,6 1,92.10 .cm h: độ chôn sâu h = 0,8 m L: chu vi mạch vòng nèi ®Êt L = 2( l1 + l2 ) = 2( 180 + 90 ) =540 m  d: ®êng kÝnh Sư dơng cã tiÕt diƯn trßn víi d = cm k: hệ số hình dáng k = f(l1/ l2) = f(180/90) = f(2) = 6,42 Với số liệu ta có giá trị điện trở nối đất mạch vòng RMV 1,92.10 6,42.540 2.10  ln 1,1 2. 540.10 0,8.10 2.2  tt 2.l 4t  l (ln  ln ) 2. l d 4t  l Chọn cọc tròn có chiều dài l = 3m, ®êng kÝnh d = 5cm  t = h + l/2 =0,8 + 3/2 = 2,3m at   tt   k mc 1,2.10 4.1,45 1,74.10 m Suy ra: Rc  3m Rc  0,8m Ta có: RMV RNT nên ta phải đóng cọc vào hệ thống nối đất để giảm điện trở nối đất hệ thống Điện trở cọc cần đóng 1,74.10 2.3.10 4.2,3   (ln  ln ) 47,3 4.2,3  2. 3.10 Già sử ta đóng n1 = 50 cọc KhoÃng cách cọc: a1 = L/n1 = 540/50 = 10,8m Tû sè : a1/ l =10,8/3 = 3,6 Tra b¶ng hƯ sè sư dơng cđa cäc vµ ta cã : Víi a1/ l =3,6  c = 0,72 t = 0,45 Điện trở nối ®Êt cđa hƯ thèng nèi ®Êt víi sè cäc n1 = 50 cäc lµ: R1  Rmv Rc 1,1.47,3  0,86  t Rc  n1  c Rmv 0,45.47,3 50.0,72.1,1 Tơng tự tính cho trờng hợp: n2 = 70 cäc, n3 = 100 cäc, n4 = 120 cäc, n5=160cäc ta cã b¶ng kÕt qu¶ b¶ng 1: B¶ng 1: N(cäc) A(m) a/l c t R() 50 10,8 3,6 0,70 0,4 0,86 70 7,7 0,61 0,35 0,82 100 5,4 0,49 0,24 0,80 120 4,5 1,5 0,48 0,22 0,71 160 3,4 0,37 0,18 0,7 Phan Ngäc Việt- HTĐ I K42 K42 Bài tập dài cao áp Từ bảng số liệu ta có đồ thị quan hƯ R = f(n) sau: R n H×nh 4: Đồ thị quan hệ R = f(n) Qua đồ thị quan hệ ta tra đợc số cọc cần đóng n =20 cọc Tra lại số liệu tính lại điện trở nối đất hệ thống Ta có: KhoÃng cách cột: a = L/ n = 540/ 20 = 27m Tû sè a/ l = 27/3 = Vì a >> l nên xem nh c = vµ t = Tõ ta có giá trị điện trở nối đất hệ thống tính lại là: R Rmv Rc 1,1.47,3  0,82  t Rc  n1  c Rmv 1.47,3 1.20.1,1 Vậy cần đóng n =20 cọc thỏa mÃn điều kiện R < RNT Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 K42 Bài tập dài cao áp Nối đất chống sét: Vì trạm sử dụng hệ thống nối đất phân bố dài ( nối đất mạch vòng) nên đồng thời phải xét đến hai trình : Quá trình độ trình phóng điện đất Do trạm có cấp điện áp 110kV 220kV nên ta cần tính nối đất chống sét cho cấp 110kV đợc cấp điện áp nối đất an toàn nối đất chống sét chung nên ta dùng nối đất an toàn kiểm tra lại cho nối đất chống sét Sơ đồ đẳng trị nối đất chống sét đợc biểu thị hình sau: LO IS GO Hình 4: Sơ đồ đẳng trị hệ thống nối đất Các tham số phân bố L, G xác định theo c«ng thøc: L0 0,2 ln( L/2  0,31) H / m r L: chiều dài điện cực L = 540 m  r: b¸n kÝnh tiÕt diƯn ®iƯn cùc r = cm L0 0,2 ln( G0 Vµ: 540 /  0,31) 1.98H / m 0,01  1 ( ) R.L m  R: ®iƯn trë xoay chiỊu tÝnh cho mïa sÐt R Rccs Rtcs Rccs t  n.Rtcs c Víi:  ®iƯn trë cäc tÝnh cho mïa sÐt: RCCS  RCat 47,3 CS  K  1,2 39,1 C 1,45 K Cat  §iƯn trë tÝnh cho mïa sÐt: RtCS   Rtat 1,1 K tCS  1,3 0,89 at 1,6 Kt 39,1 0,89 0,61 39,1  20.0,89 1 G0  0,003 0,61.540 m R Từ sơ đồ đẳng trị thành lập đợc hệ phơng trình vi phân u i L0 x l i  u.G0 x Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 K42 Bài tập dài cao áp Sau giải phơng trình vi phân với dạng sóng dòng điện đầu vào phận nối đất có dạng sóng xiên góc i(o,t) = a.t, đợc điện áp điểm điện cực u ( x, t ) a.R  t  2T1   k 1 k t     e Tk      cos kx   l    Suy tæng trë xung kích đầu vào: 2T u (o, t ) z (o, t )  R  t  i (o, t ) t  Víi: t = ®s = s, T1  L O G O l   t   Tk  1  e k 1 k  = t     e Tk    540  1,98.0,003.          44s , Tk  T1 k2 t 4  k 6 Tk Tỉng trë tiÕn tíi giá trị ổn định khi: k 1 k   2      e t Tk = k 1 5.4 5.9 5.16 5.25 5.36          44 1 1   1.e  e 44  e 44  e 44  e 44  e 44  =  16 25 36  = 0,5  Tỉng trë xung kÝch cđa hƯ thèng nèi ®Êt lµ: 1  2T  Z xk  Z  o, t   R 1  0,5 = 2  t  2.44    0,61  0,51 3   §iỊu kiƯn nèi ®Êt chèng sÐt tháa m·n khi: T U xk Z xk I s  U 50 % Với: dòng điện sét, Is = 150kA điện áp 50% trạm, trạm 110kV có U50% = 460kV  Uxk = 3150 = 450kV < 460kV VËy hệ thống nối đất an toàn thoả mÃn cho nối đất chống sét trạm ta không cần phải nối đất bổ sung Phan Ngọc Việt- HTĐ I K42 K42 Bài tập dài cao áp Phan Ngọc ViƯt- HT§ I – K42 K42 10 ... Việt- HTĐ I – K 42 K 42 R25,31 R25,31 Bµi tËp dµi cao áp R14,60 R14,60 R14,60 R25,31 R25,31 R14,60 Hình 3: Phạm vi bảo vệ cột thu sét Phan Ngọc Việt- HTĐ I K 42 K 42 Bài tập dài cao áp II Tính toán... đỉnh nhóm tứ giác 125 6, 23 45 lµ: D  90  45 101m Ta cã: D =101 m  8(h – K 42 hX) = 8 (25 – K 42 10 ) = 120 m VËy cột cao 25 m Trạm 110kV Trạm 22 0kV Hình thỏa mÃn điều kiện Trạm 22 0kV: Đờng kính.. .Bài tập dài cao áp Để tính toán đơn giản ta chọn toàn 12 cột có độ cao nhau.Muốn ta phải giảm khoÃng cách cột trạm 22 0kV với mục đích làm giảm chiều cao cột thu sét trạm 22 0kV mà thỏa